隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，空調(diào)的使用越來(lái)越普遍，由此造成夏季電力普遍緊張，2003年夏季全國(guó)19個(gè)省市出現(xiàn)拉閘限電的局面，究其原因，主要是 建筑空調(diào)用電造成的；同時(shí)，常規(guī)機(jī)械制冷空調(diào)的普遍使用，是造成大氣臭氧層破壞的重要原因，節(jié)能和環(huán)保成了空調(diào)行業(yè)最受關(guān)注的問(wèn)題。為了尋找開發(fā)節(jié)能和環(huán) ?？照{(diào)的新途徑，二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)的研究日益受到重視，美國(guó)，澳大利亞，印度，以色列等國(guó)在理論和應(yīng)用技術(shù)上做了大量的研究工作，國(guó)內(nèi) 也有不少學(xué)者從事這方面的研究。本文介紹一種基于直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻方法的再循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術(shù)，并對(duì)其在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用作了分析。

2 原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 原理

直接蒸發(fā)冷卻（Direct Evaporative Cooling，簡(jiǎn)稱DEC）利用循環(huán)水在填料中直接與空氣充分接觸，由于填料中水膜表面的水蒸汽分壓力高于空氣中的水蒸氣分壓力，這種自然的壓力差成為 水蒸發(fā)的動(dòng)力。水的蒸發(fā)使得空氣和水的溫度都降低，而空氣的含濕量增加，空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱，是等焓降溫過(guò)程，理論上，DEC獲得的送風(fēng)空氣的最低溫度 趨近于室外空氣的濕球溫度，

DEC在炎熱干燥的氣候條件下，效果很好，但是當(dāng)室外空氣濕度增加后，室內(nèi)的濕度就會(huì)變得很高，讓人感到不舒服，且降溫的幅度有限。為了克服DEC 使空氣濕度增加的問(wèn)題，可以利用直接蒸發(fā)冷卻后的空氣（稱為二次空氣）或水，通過(guò)換熱器間接冷卻室外空氣（稱為一次空氣），這就是間接蒸發(fā)冷卻 （Indirect Evaporative Cooling 簡(jiǎn)稱IEC），由于空氣不與水接觸，其含濕量保持不變，是等濕降溫過(guò)程。更進(jìn)一步改進(jìn)，利用一部分送風(fēng)空氣作為二次空氣直接蒸發(fā)制取冷水，用冷水反過(guò)來(lái)冷 卻室外空氣，這種蒸發(fā)冷卻的方法，就是再循環(huán)蒸發(fā)冷卻（Recirculation Evaporative Cooling 以下簡(jiǎn)稱REC）技術(shù)^[1]。

有多種途徑可以實(shí)現(xiàn)REC，以下就是其中的一種，其原理如圖1，室外空氣通過(guò)一間接熱交換器被水冷卻，水的溫度升高，得到的送風(fēng)空氣一部分通過(guò)直接 蒸發(fā)冷卻填料，冷卻升溫后的水，然后排向室外，冷卻后的水又可以循環(huán)去冷卻室外空氣。其空氣狀態(tài)變化過(guò)程在焓濕圖上表示如圖2，室外空氣經(jīng)間接冷卻后，其 濕球溫度從t_s 降到t_s1 ，室外空氣愈干燥，t_s 的降幅愈大，因此通過(guò)DEC獲得的冷水溫度可以比t_s 低，從而被冷水間接冷卻獲得的送風(fēng)空氣溫度t_n可能低于t_s 。REC的冷卻效率定義如下：

ε_r=(t_w-t_n)/(t_w-t_s) …………………(3)

式中：ε_r--再循環(huán)蒸發(fā)冷卻效率。 t_w--室外空氣干球溫度，℃

t_n--送風(fēng)空氣干球溫度，℃　 t_s--室外空氣濕球溫度，℃

因?yàn)閠_n 可能小于t_s，所以ε_r可以大于1。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述原理，筆者設(shè)計(jì)一套R(shí)EC裝置，它的額定風(fēng)量為2000m³/hr, 主要零部件及參數(shù)如表1：

風(fēng)機(jī)和表面換熱器組成熱交換箱，蒸發(fā)冷卻填料及水槽組成直接蒸發(fā)冷卻箱，立式安裝在熱交換箱上，制取的冷水通過(guò)水泵形成一個(gè)水循環(huán)回路，冷水經(jīng)過(guò)表 面換熱器冷卻室外空氣，升溫后的水由水泵抽到直接蒸發(fā)填料上噴淋進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，然后又回到表面換熱器，從而達(dá)到對(duì)室外空氣等濕降溫的目的。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)調(diào)節(jié)測(cè)試，當(dāng)室外空氣相對(duì)濕度在40%~50%左右時(shí)，該裝置可以獲得溫度比直接蒸發(fā)冷卻低2~3℃，絕對(duì)濕度低2~3g/kg的處理空氣。

3 應(yīng)用

REC的創(chuàng)新點(diǎn)在于循環(huán)利用一部分送風(fēng)空氣直接蒸發(fā)來(lái)制取冷水，用冷水反過(guò)來(lái)冷卻室外空氣。同直接蒸發(fā)冷卻相比，因?yàn)樗惋L(fēng)空氣的濕球溫度比室外空氣 的濕球溫度低，所以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的循環(huán)，在不增加含濕量的情況下，可以獲得低于室外空氣濕球溫度的送風(fēng)空氣；同間接蒸發(fā)冷卻相比，它的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小， 成本低。

同傳統(tǒng)的機(jī)械制冷相比，REC只需消耗很少的電能供送風(fēng)風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵，它主要利用空氣中自然存在的能源---未飽和空氣中水蒸汽分壓力同飽和水蒸 汽壓力的差異，不需要另外消耗壓縮功，這種差異愈大，既空氣愈干燥，它的節(jié)能效果愈明顯。REC以水為制冷劑，不用任何含CFCS、HCFCS的制冷劑， 不會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成破壞。

由于再循環(huán)蒸發(fā)冷卻技術(shù)的節(jié)能和環(huán)保特點(diǎn)，其在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用范圍非常廣泛，下面具體分析三個(gè)方面的應(yīng)用：

3.1 REC新風(fēng)預(yù)冷系統(tǒng)

借鑒文獻(xiàn)[2]提出的新風(fēng)集成系統(tǒng)，筆者將REC同常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合，設(shè)計(jì)一套R(shí)EC新風(fēng)預(yù)冷系統(tǒng)，系統(tǒng)示意圖如圖2：

該系統(tǒng)是一套可制冷供熱兩用的新風(fēng)預(yù)冷空調(diào)系統(tǒng)，帶有熱回收裝置，用于排風(fēng)中冷熱量的回收利用。

夏季制冷時(shí)，當(dāng)室外空氣濕球溫度大于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度或室外相對(duì)濕度高于80%時(shí)，啟動(dòng)機(jī)械制冷，用表冷器將送風(fēng)空氣減濕降溫到設(shè)計(jì)要求，這時(shí)加熱器、 蒸發(fā)冷卻都不工作，可以用旁通管路輸送新風(fēng)，此時(shí)由機(jī)械制冷承擔(dān)全部新風(fēng)負(fù)荷；當(dāng)室外空氣濕球溫度小于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度并大于室內(nèi)濕球溫度，或者，室外相對(duì)濕 度在40~80%之間時(shí)，使用蒸發(fā)冷卻，表冷器承擔(dān)少部分新風(fēng)負(fù)荷，這樣可以經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)運(yùn)行；當(dāng)室外空氣濕球溫度小于室內(nèi)濕球溫度或室外相對(duì)濕度低 于40%時(shí)，只要啟動(dòng)REC，配合直接蒸發(fā)冷卻，就可提供溫度和濕度舒適的送風(fēng)空氣。在中等濕度地區(qū)，通過(guò)優(yōu)化控制，使用REC新風(fēng)預(yù)冷系統(tǒng)可節(jié)能 40~50%。

3.2 REC空調(diào)器

REC加DEC組成REC空調(diào)器，

該空調(diào)器適合我國(guó)廣大的西北干燥地區(qū)，它可以提供比DEC溫度和濕度都低的供給空氣，全新風(fēng)運(yùn)行，消耗的電能不到機(jī)械制冷的四分之一。它大大改善室 內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)，又節(jié)約了電能。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)開發(fā)的空調(diào)器，如澳大利亞AIRA公司生產(chǎn)的木絲填料型直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)器，^[3]在氣候干燥地區(qū)已經(jīng)得到很好的應(yīng)用。我國(guó)烏魯木齊市很多賓館飯店都用上了蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。

3.3 REC溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)

液體除濕技術(shù)與蒸發(fā)冷卻技術(shù)結(jié)合可組成溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)^[4]，它的基本原理是利用除濕鹽溶液先對(duì)空氣進(jìn)行除濕處理，同時(shí)除 濕過(guò)程不斷被冷卻，達(dá)到移去空氣中潛熱的目的，然后再對(duì)除濕后的干燥空氣進(jìn)行蒸發(fā)冷卻處理，使空氣達(dá)到所需的溫度濕度要求，為空調(diào)房間提供高質(zhì)量的送風(fēng)空 氣。這種空調(diào)方式可以利用太陽(yáng)能，工業(yè)余熱、廢熱等低品位能源使除濕后的稀溶液再生，耗電量大約只有機(jī)械制冷系統(tǒng)的三分之一^[5]， 使能源實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，具有明顯的節(jié)能效果；同時(shí)，溶液除濕空調(diào)用水做工作介質(zhì)，無(wú)CFCS和HCFC，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，除濕鹽溶液對(duì)處理空氣的噴 淋可以起到殺菌除塵的作用，大大提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)，正是由于這些特點(diǎn)，國(guó)外許多研究機(jī)構(gòu)和公司對(duì)溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)在應(yīng)用上的研究非?；钴S，以色列 Drykor公司生產(chǎn)的TAC-10型液體除濕空調(diào)器在醫(yī)院、超市、飯館、學(xué)校等人口密集、空氣品質(zhì)要求高的場(chǎng)所已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，美國(guó)Alberns公 司從上世紀(jì)八十年代開始就一直研究開式常壓液體除濕空調(diào)系統(tǒng)，已開發(fā)了好幾代試驗(yàn)樣機(jī)，正在朝著產(chǎn)業(yè)化努力。

筆者結(jié)合再循環(huán)蒸發(fā)冷卻和直接蒸發(fā)冷卻方法，設(shè)計(jì)一套R(shí)EC溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)，原理示意

該系統(tǒng)通過(guò)室內(nèi)回風(fēng)直接蒸發(fā)冷卻制取冷水，利用制取的冷水冷卻除濕過(guò)程，移去空氣中的潛熱，除濕后的干燥空氣通過(guò)REC間接冷卻，最后經(jīng)過(guò) DEC，調(diào)節(jié)處理空氣的溫濕度，作為送風(fēng)空氣。由于對(duì)室內(nèi)回風(fēng)直接蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)全熱回收，提高了系統(tǒng)的能效比。采用REC技術(shù)，與間接蒸發(fā)冷卻器相比，系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)緊湊，體積小。該系統(tǒng)的提出為開發(fā)節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)提供了一種新的思路。

4. 結(jié)論

4.1 REC技術(shù)克服了DEC增加空氣含濕量的不足，而且可以獲得更好的降溫效果；同IEC相比，體積小，成本低，冷卻效率高。

4.2 REC技術(shù)為開發(fā)節(jié)能環(huán)保空調(diào)設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)提供了一個(gè)新的途徑。

4.3 REC技術(shù)同液體除濕技術(shù)結(jié)合組成的溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)是一種很有前途的新型空調(diào)系 統(tǒng)，是空調(diào)發(fā)展的方向之一。